Средства связи

Люди издавна нуждались в средствах общения друг с другом. Древние охотники использовали рога зверей и морские ракушки, чтобы передавать сигналы. Позже появились барабаны. Затем человек начал применять огни и костры. Разводили огонь на возвышенностях или пускали столб дыма, чтобы предупредить окружающих о врагах или надвигающейся опасности. Такой метод используют даже сегодня – потерявшиеся туристы или путешественники зажигают костёр, привлекая внимание спасателей.

Почта появилась ещё в древние времена. Но настоящая революция произошла только в XVII веке. Тогда людям захотелось ускорить передачу новостей и придумать новые средства связи. Однако реализовать идею удалось только в 1780 году во Франции. Братья Шапп изобрели рабочий аппарат и добились его широкого внедрения. Их устройство назвали семафором – дословно «носителем знаков».

Изобретение братьев быстро распространилось. Благодаря ему сообщение из Парижа во французский Брест доходило всего за 7 минут, а из Берлина в Кёльн – за 10 минут.

Именно благодаря трудам Клода Шаппа мы обязаны появлению в обиходе терминов, определяющих средства связи, и нового понятия «телеграф».

Сегодня под словом «телеграф» подразумеваем техническое средство для передачи информации на большие расстояния с помощью визуальных сигналов или каналов электросвязи.

У аппарата Шаппа было немало минусов: вышки располагались рядом друг с другом, сигнал терялся на больших расстояниях. Да и качество сильно зависело от погоды – телеграф действовал исключительно в солнечную погоду.

Электрический телеграф, созданный русским учёным Павлом Львовичем Шиллингом в 1832 году, обошёл недостатки прежних моделей. Шиллинг предложил уникальный код, где каждая буква обозначалась особым набором символов – чёрных и белых кругов на панели аппарата.

Позже аналогичные аппараты построили в Германии и Англии. А в Америке право собственности на подобное устройство зарегистрировал Сэмюэл Морзе в 1840 году. Важная заслуга Морзе – создание специального кода, представляющего каждую букву сочетаниями коротких («точка») и длинных («тире») импульсов.

Работы Шиллинга продолжил российский учёный Борис Семёнович Якоби. В 1839 году он создал первый пишущий телеграфный аппарат. Позже он усовершенствовав его до печатающего буквенного варианта.

Электротелеграф приобрёл огромную популярность. Так, в 1858 году подводный кабель связал Европу и Америку через дно Атлантики. До конца XX века обычный телеграф оставался востребованным сервисом. Лишь с распространением факсимильной связи, а потом интернета спрос стал снижаться. Многие страны перестали использовать телеграф, считая технологию устаревшей и экономически невыгодной. Тем не менее, в России услуга сохраняется и сегодня. Каждый год жители страны отправляют порядка пяти миллионов телеграмм.

В 1887 году немец Генрих Рудольф Герц провёл эксперимент, подтвердивший существование электромагнитных волн. Существование этих волн было теоретически предсказано знаменитым британским физиком Джеймсом Максвеллом.

Устройство Герца для получения этих самых волн называлось вибратором. Оно выглядело как тонкая палочка, разрезанная пополам, оставляя маленький промежуток воздуха между двумя половинками – это называется искровой зазор. Кончики стержней заканчивались небольшими шариками. Если шары заряжали противоположными зарядами достаточно большой величины, между ними проскакивала электрическая искра. Это создавало электромагнитные колебания, расходящиеся вокруг в форме волн.

Принимающее устройство тоже было простым: кольцо из проволоки с маленькими металлическими шариками на концах – резонатором. Когда волна проходит мимо, в нём возникают электрические колебания. Если частоты принимающего прибора и самой волны совпадают, возникает резонанс – маленькая искорка проскакивает между шариками.

Хотя опыты Герца доказали возможность посылать и ловить сигналы с помощью электромагнитных волн, сам учёный считал их бесполезными на практике. Дело в том, что все успешные испытания проходили лишь в пределах лабораторного стола.

Однако вскоре другие учёные увидели перспективу открытия Герца. Одним из тех, кто первым догадался применить электромагнитные волны для дальней связи, был русский инженер Александр Попов. В 1894 году он сконструировал специальный прибор, позволяющий регистрировать электромагнитные волны, возникающие при грозовых разрядах.

Александр Попов представил своё изобретение публике 7 мая 1895 года на заседании Русского физико-химического общества. Согласно протоколу собрания, изобретение было описано, как «прибор, предназначенный для регистрирования электрических пертурбаций, происходящих в атмосфере».

Вскоре описание прибора появилось в журнале РФХО. А статья заканчивалась такими словами: «выражается надежда, что прибор, при дальнейшем усовершенствовании его, может быть применён к передаче сигналов на расстояния при помощи быстрых электрических колебаний, как только будет найден источник таких колебаний, обладающий достаточной энергией».

Летом 1895 года Попов улучшил свой прибор, установив на нём принимающую антенну. А в марте следующего года добавил оборудование для регистрации текстового сигнала – телеграфный аппарат.

24 марта 1896 года Попов успешно отправил первую радиограмму на расстояние в четверть километра. Сообщение было коротким: «Генрих Герц».

Попов не только изобрёл новый способ связи, но и сразу увидел его пользу. Он предложил наладить беспроводную связь с судами в Балтике и Финском заливе. Вскоре эта идея принесла пользу. Осенью 1899 года броненосец «Генерал-Адмирал Апраксин» оказался на мели. Экипаж проходящего поблизости корабля «Адмирал Нахимов» заметил аварию и немедленно сообщил о случившемся по радио в Петербург. Благодаря этому экипаж и судно были вовремя спасены.

А в 1901 году итальянский изобретатель Гульельмо Маркони удивил весь мир, впервые в истории передав радиосигнал через Атлантику на расстояние почти в три с половиной тысячи километров.

В 1906 году американцы Реджинальд Фессенден и Ли де Форест открыли возможность передавать голос человека по воздуху. А 24 декабря 1906 года Реджинальд Фессенден провёл первую в истории радиопередачу речи и живых музыкальных композиций прямо из своего дома в штате Массачусетс.

Передача и приём информации посредством электромагнитных волн называется радиосвязью. Работает она так. Сначала высокочастотный переменный ток поступает в передающую антенну. Ток создаёт электромагнитное поле, излучаемое антенной в пространство в виде электромагнитной волны. Волна достигает другой антенны и там снова превращается в переменный ток такой же частоты, как у исходного сигнала.

К началу 1920-х годов многие государства обзавелись оборудованием для регулярных радиопередач. В России же первые концерты по радио вышли в эфир 27 и 29 мая 1922 года из Нижегородской радиолаборатории. Сигнал был слышен аж за три тысячи километров!

Радиовещание позволяет нам обмениваться звуком без проводов. Более того, радиоволны способны передавать не только звуки, но и картинки, как это делается в телевидении.

Телевидение – это направление науки, техники и культуры, занимающееся передачей на расстояние изображений подвижных объектов и звуков при помощи радиоэлектронных устройств.

Современное телевидение состоит из трёх основных узлов. Первый – камера, превращающая картинку в электронный сигнал, который специалисты называют видеосигналом. Далее этот сигнал отправляется по каналу связи. Наконец, третий узел системы принимает сигнал, преобразует его вновь в картинку и показывает готовое изображение на телеэкране.

Мысль о создании первого телевизора родилась ещё в 1875 году у Джона Керра. Он предложил разбивать изображение на маленькие кусочки, формируя так называемую мозаичную картинку. Через пять лет, в 1880 году, российский учёный Порфирий Иванович Бахметьев предложил информацию о каждом из элементов изображения извлекать, передавать по каналу связи и воспроизводить последовательно с помощью телевизионной развёртки.

Давайте рассмотрим процесс отправки и получения черно-белых изображений. Перед началом трансляции изображение разделяется на части: кадр, строку и пиксель. Эту работу делает специальная трубка – иконоскоп.

Изображение проецируют на внутреннюю поверхность трубки, покрытую множеством маленьких клеток – мозаичный экран. Под действием падающей на ячейки световой энергии каждая из них определённым образом заряжается. Далее электронный луч внутри трубки считывает клетки одну за другой, ряд за рядом, меняя их заряд и создавая видеосигнал.

Полученный видеосигнал передают дальше, где специальное устройство восстанавливает изображение с помощью светового пятна. Оно создаётся благодаря взаимодействию мощного электронного луча с покрытием экрана. Напряжение регулирует размер и силу луча, влияя на чёткость и яркость картинки. А специальные пластины – конденсаторы – заставляют двигаться луч по экрану вверх-вниз и вправо-влево, позволяя рисовать полную картину буквально за доли секунды.

Цветное телевидение похоже на черно-белое, но здесь добавляется информация о цвете. Картинка разлагается на видеосигнал, несущий компоненты, соответствующие основным цветам спектра – красному, синему и зелёному. В кинескопе цветного телевизора три электронные пушки создают лучи красного, зелёного и синего цветов. Эти лучи проходят сквозь специальную сетку, попадая на разные участки экрана. Вместе они формируют цветной элемент изображения – пиксель.

Конечно, сейчас уже мало кто пользуется телевизорами с кинескопами. На смену им пришли жидкокристаллические экраны. Жидкие кристаллы – это густые вещества, составленные из удлинённых или дисковидных молекул, расположенных строго упорядоченно. Правда, порядок соблюдается не везде, а только в отдельных зонах – доменах. Границы доменов рассеивают свет, делая жидкость мутной. Но если расположить слой жидкого кристалла между двумя стеклянными пластинами с параллельными углублениями, молекулы выстроятся параллельно, и материал станет прозрачным.

Теперь, подав напряжение на отдельные зоны, можно нарушить структуру жидкого кристалла, сделав их непрозрачными и светящимися. Остальные зоны останутся тёмными. Вот таким способом работают современные ЖК-экраны.

Сегодня традиционные способы связи активно модернизируются и осваиваются в новых сферах. Например, почта изменилась кардинально: письма больше не доставляются на лошадях или повозках – теперь почту перевозят поезда, самолёты и даже цифровые сервисы вроде электронной почты.

Ещё недавно междугородняя телефонная связь работала только по проводам, часто ломающимся из-за непогоды. Сейчас мобильные телефоны и спутники сделали связь надёжной и доступной повсеместно.

Но настоящим прорывом в коммуникациях стало возникновение глобальной сети Интернет. Раньше компьютеры работали обособленно, а сейчас объединяются в единую сеть. Интернет позволил миллионам пользователей по всему миру свободно делиться информацией любого объёма и вида.